第三章 第二节 认识万有引力定律（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册（粤教版2019）

第二节　认识万有引力定律 课程内容要求 核心素养提炼 1．知道万有引力定律的内容和公式． 2．知道引力常量的数值、单位． 3．会应用万有引力定律计算物体间的引力． 1.物理观念：体会从行星运动规律到万有引力定律的建立过程，理解万有引力的概念． 2．科学思维：了解月—地检验的思维方式，知道万有引力定律的内容． 3．科学探究：了解引力常量的测量原理． 4．科学态度与责任：了解统一性观念在科学认识中的重要意义． [对应学生用书P45] 1．一些科学家认为，力是使行星绕日运动的原因，向心力公式成为这些科学家推导行星绕日运动规律的必由之路． 2．太阳对行星的引力 太阳对不同行星的引力，与行星的质量成正比，与行星和太阳间距离的二次方成反比，即F∝. [思考] 牛顿在前人研究的基础上认为任何方式改变速度都需要力，行星运动需要的力是哪个天体对它产生的力？ 提示　太阳 1．行星对太阳的引力 行星对太阳的引力与太阳的质量成正比，与行星和太阳间距离的二次方成反比，即F′∝. 2．太阳对行星的引力 太阳与行星间引力的大小与太阳的质量、行星的质量成正比，与两者距离的二次方成反比，即F＝G，G为比例系数，其大小与太阳和行星无关，引力的方向沿两者的连线． 3．“平抛石头”思想实验 (1)猜想：月球绕地球运动受到的引力与重力是同一性质的力，都与距离的平方成反比． (2)检验：在较短时间内，月球偏离原来切线方向的垂直位移y，与在相同时间内轨道附近自由落体运动的位移相吻合． (3)结论：地面物体受地球的引力，月球所受地球的引力，太阳与行星的引力，是同一性质的力，遵从相同的规律． [思考] 由于月球对地球不同位置施加的引力不同，会产生潮汐现象，那么月球和地球之间的引力是否遵从太阳对行星引力的规律？地球对表面物体的引力是否遵从地球对月球引力的规律？ 提示　遵从　遵从 1．内容：宇宙间的一切物体都是相互吸引的．两个物体间引力的方向在它们的连线上．引力的大小与它们质量的乘积成正比，与它们之间距离的二次方成反比． 2．公式：F＝G 3．引力常量：(1)测量者：卡文迪许 (2)数值：G＝6.67×10－11N·m2/kg2 [思考] 如图所示，两个距离为r，质量分别为m1，m2，半径分别为r1，r2的两个匀质球之间的万有引力是多少？ 提示　F＝G． [对应学生用书P46] 探究点一　对太阳与行星间引力的理解 1．两个理想化模型：在公式F＝G的推导过程中，我们用到了两个理想化模型． (1)由于太阳系中行星绕太阳做椭圆运动的轨迹的两个焦点靠得很近，行星的运动轨迹非常接近圆，所以将行星的运动看成匀速圆周运动． (2)由于天体间的距离很近，研究天体间的引力时将天体看成质点，即天体的质量集中在球心上． 2．推导过程 3．太阳与行星间的引力的特点：太阳与行星间引力的大小，与太阳的质量、行星的质量成正比，与两者距离的二次方成反比．太阳与行星间引力的方向沿着二者的连线方向． 根据开普勒关于行星运动的规律和圆周运动知识知：太阳对行星的引力F∝，行星对太阳的引力F′∝，其中M、m、r分别为太阳质量、行星质量和太阳与行星间的距离．下列说法正确的是(　　) A．F和F′大小相等，是一对作用力与反作用力 B．F和F′大小相等，是一对平衡力 C．F和F′大小相等，是同一个力 D．由F∝和F′∝知F∶F′＝m∶M A　[根据牛顿第三定律，太阳对行星的引力与行星对太阳的引力是一对作用力与反作用力，故两个力的大小相等、方向相反，故A正确，B、D错误；太阳对行星的引力受力物体是行星，行星对太阳的引力受力物体是太阳，故两个力不是同一个力，C错误．] [训练1]　下面关于行星对太阳的引力的说法，正确的是(　　) A．行星对太阳的引力与太阳对行星的引力是同一性质的力 B．行星对太阳的引力只与太阳的质量成正比，与行星的质量无关 C．太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力 D．行星对太阳的引力大小与太阳的质量成正比，与行星距太阳的距离成反比 A　[太阳与行星间的引力是一对作用力和反作用力，一定是同种性质的力，且大小相等，故A正确，C错误；根据F＝G知，F与m太、m均有关，且与r2成反比，故B、D错误．] [训练2]　(多选)下列说法正确的是(　　) A．在探究太阳对行星的引力规律时，我们引用了公式F＝，这个关系式实际上是牛顿第二定律，是可以在实验室中得到验证的 B．在探究太阳对行星的引力规律时，我们引用了公式v＝，这个关系式实际上是匀速圆周运动的一个公式，它是由线速度的定义式得来的 C．在探究太阳对行星的引力规律时，我们引用了公式＝k，这个关系式是开普勒第三定律，是可以在实验室中得到验证的 D．在探究太阳对行星的引力规律时，使用的三个公式都是可以在实验室中得到验证的 AB　[公式F＝m中是行星做圆周运动的加